[發明專利]一種應用于無線層析成像系統的降質函數的估計方法

有效

• 申請號: 201710021570.2
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106940895B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 高飛;孫成;傅一文;王繼勇;劉珩;安建平;許勝新
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T5/00;G01S11/06
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本發明公開了一種應用于無線層析成像系統的降質函數的估計方法，屬于無線網絡中圖像處理領域。令無線層析成像過程為線性的圖像降質過程，結合約束最小二乘法準則，使用圖像復原方法可以解決無線層析成像系統目標成像模糊、具有膨脹效應的問題，獲得較清晰的“原始”圖像。本發明提出將函數卷積過程轉換為矩陣相乘的形式，推導出降質函數的卷積變換矩陣與無線層析成像系統線性解的關系；然后由矩陣變換理論得到降質函數與卷積變換矩陣之間的映射關系，并通過建立混合高斯模型估計出降質函數。本發明應用于無線層析成像系統后，有效地減弱目標成像的膨脹效應，提高無線層析成像系統的成像精度，可應用于實際環境中。

技術領域

本發明涉及一種基于無線層析成像系統的降質函數的估計方法，應用于無線層析成像系統的圖像復原過程中，屬于無線網絡中的圖像處理領域。

背景技術

無線層析成像(RTI)是一種用來對無線傳感器網絡區域內的目標進行定位的無源定位技術，其利用無線節點間的通信鏈路被目標遮擋引起的信號強度衰減來反演出區域內各個位置處的信號衰落強度，得到區域內的信號衰減圖，進而得到目標所有的位置信息。近年來，隨著各個領域對位置服務需求的增加，無線定位技術相關的研究越來越活躍。RTI技術作為一種新興的無源定位技術，引起了眾多領域的興趣，并已經取得了大量研究成果。最早是由美國猶他大學的Wilson和Patwari提出的基于陰影衰減的RTI方法(SRTI)，SRTI是利用接收信號強度(RSS)變化在無線網絡中成像的方法。SRTI方法假設無線鏈路被目標遮擋會引起很大的陰影衰減，沒被障礙物遮擋的鏈路則會保持穩定。

這種經典的基于陰影的RTI成像技術過程為：

將S個無線節點等距離部署在監測區域周圍，這些節點具有相同的物理結構，工作在相同頻段并支持相同的通信協議。每個節點坐標已知，為(x_s,y_s),s∈{1,2,...,S}，這些無線節點共構成L＝S(S-1)/2條無線鏈路，每個節點按照預先設定的協議和時序發送數據，并且接收及測量其他節點發的無線信號的RSS值。

測量時先測量監控區域內沒有目標時，每條鏈路的RSS值r_l，其中l是鏈路編號；然后測量目標出現在監測區域內時每條鏈路在離散時刻t的RSS值r_l,t，從而得到第l條鏈路在t時刻的RSS變化量為：Δr_l,t＝r_l-r_l,t,l＝1,2,...,L.。將監測區域分割成N個小的區域，每個小的區域稱為像素，每個像素用Δx_j,j∈{1,2,...,N}表示，則每條鏈路的RSS變化量看成每個像素的RSS變化量的加權和，那么第l條鏈路在t時刻的RSS變化量就可以用公式表示為：其中Δx_j,t是在t時刻發生在像素j內的RSS衰減值，n_l,t是時刻t時鏈路l上的測量噪聲，w_lj是鏈路l里的像素j的權重值。

所有鏈路的RSS變化量的表達式寫成矩陣的形式：

r＝Wx+n, (1)

r和n都是L×1向量，分別表示所有鏈路的RSS變化量和噪聲；x是N×1向量，表示衰減圖像；W是L×N維的權重矩陣；式(1)為RTI系統對無線網絡中目標成像的線性方程表達式。

利用正則化方法求解線性方程，得到衰減圖像向量的線性解為：

Π是線性轉移矩陣，D_X和D_Y分別為水平方向和垂直方向的差分算子，式(2)即為RTI系統的線性方程解，也是基于陰影衰減的RTI系統對目標的成像結果。